INTRODUCCION

Explicar la función de la curvadora de tubos puede ser un ejercicio obvio: dar forma a una pieza cilíndrica y hueca. Sin embargo, la sencillez de esta máquina no implica ignorar el sistema que hace posible su funcionamiento y la importancia que tiene el equipo para los talleres metalmecánicos.

Ante la rigidez de las formas rectas, que por naturaleza ofrece el metal, surgió la necesidad de realizar una máquina que hiciera posible la obtención de distintas figuras no sólo por un fin estético sino también para satisfacer las necesidades de mercados como el de muebles, moto partes, griferías, máquinas de gimnasio, ventanas arquitectónicas, etc. partiendo de un insumobásico: el tubo, muy diferente a las barras macizas de acero, aluminio de los perfiles , dado que el primero presenta una forma hueca, se dobla fácilmente y tiene cómodo precio.

Las máquinas que hacen posible este trabajo son las curvadoras de tubos, equipos de los que hoy existe una amplia variedad y que ofrecen distintas posibilidades de uso de acuerdo a su grado de innovación, de hecho, las máquinas curvadoras de tubería tipo CNC no sólo doblan tubería hueca como la empleada en la industria del mueble sino también maciza y perfilería,mientras que algunas máquinas sofisticadas incluyen funciones de doblado de platinas y ángulos.

MARCO TEORICO

¿Qué son las dobladoras de Caño o Tubo?

El doblado de caño o tubo es un proceso de conformación en frío que produce una curva permanente de acuerdo con la forma de una matriz, al tiempo que conserva la forma de la sección transversal del caño, sea esta redondeada, cuadrada, rectangular o extrudida.El proceso no es tan sencillo como el plegado o doblado de chapas y requiere mayores cuidados que este, ya que el caño o tubo es un elemento hueco que puede deformarse con facilidad. Sin embargo, precisamente la característica de ser hueco los diferencia de las piezas macizas, que son más costosas y necesitan maquinaria más compleja. Con los dispositivos adecuados para evitar la deformación y el cambio de las propiedades mecánicas, las máquinas dobladoras de tubo pueden completar la operación en pocos minutos con una excelente rendimiento.En la actualidad se dispone de máquinas dobladoras de tubo que varían desde tamaños pequeños de banco o con trípode, operados manualmente o a pedal, hasta sofisticada maquinaria industrial completamente automatizada que cuenta con control CNC.

Componentes

Más allá de la complejidad de cualquier máquina dobladora de tubo, todas cuentan con una serie de componentes principales que podemos esquematizar en la siguiente figura 1.

Figura 1. Dobladora de caños tubos partes y componentes.

Dobladora de caños tubos partes y componentes

Matriz de  doblado Matriz de anclaje Matriz de presión Mandril Matriz de deslizamiento

Matriz de doblado o de flexión

Constituye el elemento principal del proceso de doblado, ya que moldea el tubo con un determinado radio de curvatura. Está constituida por dos partes que poseen una acanaladura central, cuya profundidad es generalmente la mitad del diámetro del tubo. Esas partes son:

una porción curvada, cuya longitud depende del grado de doblado necesario e incluye un exceso para compensar la recuperación elástica que se produce después del doblado.

una porción recta, diseñada para sujetar la parte del tubo inmediatamente después del doblado.

Matriz de sujeción o de anclaje

Como su nombre lo indica, esta matriz cumple la función de sujetar el tubo y se emplea conjuntamente con la matriz de doblado. Su longitud coincide con la parte de sujeción de la matriz de  doblado y sostiene al tubo durante la flexión. El tamaño de la matriz de sujeción depende del tamaño del tubo y del radio de doblado, en tanto que su superficie se puede tratar con aleaciones o puede incorporar un patrón estriado para mejorar la sujeción del tubo.

Matriz de presión o de seguimiento

Funciona como una herramienta de contención durante el doblado y su longitud depende del grado de  flexión y del radio de la línea media. Proporciona una presión constante sobre el tubo y lo sigue a lo largo de todo el proceso de doblado, con lo que se logran dos ventajas:

Se puede reducir el estrechamiento de la pared del tubo. Se pueden minimizar los desgarros y marcas sobre el tubo al disminuir

la resistencia al avance.

Los dos elementos que siguen no están presentes en todas las dobladoras de tubo, particularmente las más antiguas, las de tamaño pequeño o las de accionamiento manual, pero es claro que las máquinas que los incorporan logran mucha mejor precisión y calidad del producto terminado.

Mandril

Es el elemento que proporciona apoyo en el interior del tubo. Su forma y el material con el que está construido dependen del diámetro exterior y del espesor de pared del tubo, por lo que existen diversas variantes. La función principal del mandril es evitar que el tubo sufra deformaciones o arrugas.

Matriz de deslizamiento

Esta pieza trabaja conjuntamente con el mandril y consta de un semicilindro de longitud variable, con uno de sus extremos mecanizado con la forma de la matriz de  doblado, de manera que ambas matrices ajusten perfectamente, además de una acanaladura central cuya profundidad es la mitad del diámetro del tubo. La función principal de la matriz de deslizamiento es evitar la aparición de arrugas en el tubo durante el proceso de doblado y se hace necesaria cuando la resistencia del tubo a la compresión es muy alta. Al igual que el mandril, esta pieza se encuentra en un estado de constante fricción con el tubo, por lo que su lubricación es esencial.

Tipos de máquinas para el doblado de tubos

Aunque el doblado de tubos se realiza de diversas maneras, existen al menos cuatro tipos principales cuyo uso depende del material y de la precisión requerida, y que originan los correspondientes tipos de máquinas. Como observamos en la siguiente figura, las formas más comunes de doblar tubos son:

Tipos de doblados de caños tubos:

Doblado rotativo por arrastre Doblado por compresión Doblado por presión en prensa Doblado por sistema de 3 rodillos

Máquinas de doblado rotativo por arrastre

Es el método de doblado más preciso y versátil. El tubo se sujeta entre la matriz de doblado y la matriz de anclaje o sujeción. La rotación de ambas herramientas alrededor del eje de doblado flexiona el tubo al radio de la matriz de doblado. La matriz de presión cumple el propósito de recibir la tensión radial que se genera durante el proceso de formado y sostiene el extremo del tubo recto desde el exterior. Si además se aplican un mandril y una matriz de deslizamiento, particularmente en el doblado de tubos de cobre y níquel, se puede obtener una pieza de alta calidad incluso con tubos de pared delgada y radios de doblado muy pequeños. Las aplicaciones de las máquinas de doblado rotativo comprenden el curvado de materiales no ferrosos en radios pequeños y baja producción, codos de cobre, intercambiadores de calor, serpentina de calefones, horquillas de cobre, circuitos de radiadores y equipos de refrigeración.

Doblado por compresión

Es muy similar al caso anterior, sólo que el método se efectúa con una matriz de presión y una matriz de doblado fija, entre las cuales se sujeta el tubo. La matriz de presión, que gira alrededor de la matriz de doblado, flexiona el tubo al radio de esta. Este método encuentra amplia aplicación en la industria de la refrigeración, de inyección diésel y autopartistas en general. Los dos videos que siguen muestran una máquina manual y una automática.

Doblado por presión en prensa

Este método difiere de los anteriores en el sentido que se parece más a una prensa dobladora de chapas con un pistón o matriz punzón que se acciona manualmente o mediante fuerza hidráulica. Pueden ser prensas verticales o bien, en los modelos más pequeños, horizontales. La matriz punzón tiene el radio de doblado y con su movimiento hacia el tubo empuja este hacia abajo contra dos matrices opuestas con la forma del tubo, las cuales pivotan hacia arriba, forzando al doblado del tubo alrededor de la matriz punzón. Como la pieza no puede sujetarse desde adentro con un mandril, este método es adecuado para tubos de paredes gruesas y solamente para radios de gran curvatura. Las aplicaciones de las dobladoras por presión abarcan instalaciones de obras, calderas, destilerías, gasoductos, oleoductos y la industria naval.

Doblado por sistema de 3 rodillos

Este método también se utiliza para producir piezas con grandes radios de curvatura. El método es similar al método de doblado en prensa, sólo que la matriz conductora y las dos matrices opuestas estacionarias giran formando el curvado. Este sistema es útil para la construcción de buques, aparatos y tuberías. Dependiendo del material usado, las modernas máquinas que incorporan un mandril pueden doblar casi cualquier tipo de tubo con formable en frío a radios de curvatura de aproximadamente 1xD a 5xD (donde D es el diámetro externo del tubo) de forma segura y con la precisión deseada.Hoy en día, las principales diferencias en máquinas de doblado rotativo por arrastre son el diámetro externo máximo del tubo con el que se puede trabajar y el grado de automatización de las diversas funciones. En las máquinas menos sofisticadas, sólo la función de flexión es automática; la alimentación y la rotación del tubo entre dos curvas se llevan a cabo manualmente.

Proceso de doblado

Antecedentes y características del doblado

Actualmente las operaciones de doblado son muchas y muy variadas, y su éxito depende de la tenacidad del material a usarse. En operaciones simples de doblado, un lado de la pieza de trabajo se deforma bajo tensión y el otro bajo compresión y alargamiento.

Un método de ensayo comúnmente utilizado para los materiales frágiles es el de flexión. Por lo general involucra un espécimen que tiene una sección transversal rectangular y esta soportado en sus extremos, la carga es aplicada verticalmente como flexión en tres puntos o en cuatro puntos respectivamente. Los esfuerzos son a tensión en sus superficies inferiores y a compresión en sus superficies superiores. Estos esfuerzos se pueden calcular utilizando ecuaciones de vigas simples. Los esfuerzos a la fractura en flexión se conocen como el módulo de ruptura, o resistencia a la ruptura transversal.

El proceso de doblado supone además el trabajar más allá de la zona elástica en el material del tubo, de modo que para conseguir el doblado deberá deformarse plásticamente, razón por la cual se desea que dicho material posea suficiente ductilidad con el fin de que no se rompa. Al doblar un material, se produce una deformación en la que las fibras exteriores resultan estiradas y las interiores, por el contrario se comprimen.

Fundamentos del doblado de metales

El doblado de metales es un proceso que ocurre al aplicarle a un metal de superficie recta esfuerzos superiores al límite elástico, en una dirección diferente al eje neutral del material, así se consigue una deformación plástica permanente en forma de curva. Ver figura 2.

Figura 2. Naturaleza de un doblez metálico.

A pesar de esto, el metal al cual se le haya aplicado un esfuerzo más allá del límite elástico es capaz de manifestar cierta cantidad de recuperación elástica. Si se hace un doblez hasta cierto ángulo puede esperarse que regrese hasta un ángulo un poco menor cuando se deja libre el material. Este retroceso es mayor para radios más pequeños, materiales más gruesos, ángulos de doblez más grandes y materiales endurecidos. Por lo general se devuelven entre 2º y 4º.

Al realizar dobleces en los metales es recomendable realizar el trabajo en frío, a temperatura ambiente evitando calentar el material, ya que aunque esto puede incrementar su plasticidad, al aumentar la temperatura se afecta la estructura interna del elemento, cristalizándolo, lo que causa una disminución de la resistencia mecánica de éste.

Doblado de tubos

Objeto de forma cilíndrica, hueco por dentro, casi siempre abierto en ambos extremos, esta es una definición muy concreta de que son los tubos pero analizando para que es necesario los tubos tendremos lo siguiente:

Son materiales de formas y paredes delgadas como tubería podrían unirse en sus esquinas por medio de uniones comerciales como codos o por soldadura, pero resulta más económico y confiable el proceso de doblado. Los tubos se doblan por métodos que buscan no aplastarlos ni deformarlos en la sección de la curvatura.

El radio de doblado se define como el radio de curvatura del eje neutral del tubo. Hace referencia los grados existentes entre el eje neutral de cada uno de los extremos libres de la curva de tubería. El diámetro interior y exterior del tubo, el espesor de pared nominal y el eje neutral son característicos del tubo seleccionado como materia prima.

El ángulo y radio de doblado dependen de los requerimientos de lo que se está fabricando. La pared interior y exterior en el área de la curva dependen del ángulo y radio generados, además, del proceso y máquina de doblado utilizada. Ver figura 3.

Figura 3. Términos en el doblado de un tubo.

Radio de curvatura mínimo

La calidad de las curvas obtenidas al doblar un tubo depende en gran parte de la relación que existe entre el diámetro exterior del tubo a doblar, (Øe), y el radio de curvatura obtenido después de doblar el tubo, (Rc). Esta relación se conoce como factor de curvatura (Fc).

FC= RcØe

Por medio del factor de curvatura es posible determinar el radio mínimo de curva que se le puede dar al tubo con el fin de que este no presente deformaciones.

En la tabla 1. Se muestran diferentes diámetros de tubería, con sus respectivos espesores y radios de curvatura para un factor de curvatura 3.

Tabla1.Radio mínimo de curvatura para tubos de diferentes diámetros y espesores con Fc = 3

Consecuencias del doblado del tubo

Este es simple cuando un tubo tiene un espesor de la pared gruesa y se dobla en un radio grande. Para determinar si un tubo tiene una pared delgada o gruesa su espesor de la pared se compara con el diámetro externo. El resultado se llama el factor de la pared del tubo.

DIAMETRODELA CURVATURA= RADIODECURVATURADIAMETRO EXTRENNODELTUBO

Este tipo de determinación es hecho para determinar si el radio de la curvatura es corto o largo (D de curvatura).Así, dos ingredientes: El factor de la pared y el diámetro (D) de curvatura. Se usa para determinar la severidad de una curvatura.

Alargamiento del Material

Es posible reducir la cantidad de alargamiento requerido para hacer una curvatura particular si se equipa la maquina dobladora con una presión dada. Realmente la presión dada impulsa hacia adelante cuando el tubo se dobla.

Tabla 2. Requisitos para el material de alargamiento.

Tabla 3. Tipo material de alargamiento.

Técnicas de doblado de tubos

Las técnicas usadas comúnmente para doblar tubos son: doblado por estiramiento, doblado a tracción, doblado por compresión.

Doblado por estiramiento

Se fija el tubo con mordazas contra un bloque o dado formador que gira y tira del metal amoldándolo contra los dobles. La pieza de trabajo que entra en el doblador recibe apoyo mediante una barra de presión.

Este método es muy utilizado para trabajo con tubos de pared delgada y para radios de doblados pequeños. Este proceso se muestra en la figura 4.

Figura 1.3 Doblado por estiramiento.